MIM

近年來，BIM的廣泛推廣與應用，對解決建築項目全生命週期各階段、各參與方之間的“信息隔斷”和“交流阻礙”等問題，促進各參與方之間的交流，在節約成本、保證工程進度、提高產業效率和質量安全管理能力以及建築的運營維護等方面發揮了重要的應用價值與前景。

正因為BIM能實現貫穿建築項目全生命週期的信息集成與共享，且能大幅提高施工質量、縮短項目週期以及降低項目成本，有效的解決建築項目全生命週期的“信息孤島”、“信息斷層”等問題，礦業領域相關專家學者已嘗試將其引入礦業領域以解決礦山數字化與信息化建設過程的信息集成與共享等類似問題 ^[4-8]  。由於建築行業與礦山行業的主體、模型對象、模型特徵、信息特徵以及業務流程等方面差別較大，因此，通過借鑑BIM的核心理念與思想，為解決現階段我國數字礦山建設存在的問題，提出一種適應於礦山行業的新的理念——礦山信息模型（Mining Information Modeling，MIM） ^{[1]  [3]}  。

MIM是指在礦山資源開發相關對象數字化建模的基礎上，通過對礦山全生命週期業務流程數字化再造，實現業務處理信息化及業務主體信息互聯互通、協同作業。它是數字礦山建設與發展的新理念，包括數字模型、業務模型及方法模型三個方面的內容。其中數字模型，即地理信息、地質與工程對象的幾何和空間關係、資源數量與品質及其分佈；業務模型，即礦山在全壽命期內建立和應用礦山數據進行資源勘探、開採設計、基建施工、開採過程管理等業務過程；方法模型，即指利用礦山信息模型支持礦山全生命期信息共享的業務流程組織和控制過程 ^{[1]  [3]}  。

MIM中，M即Mining，是礦山開採全生命週期過程中所涉及的與地、測、採等專業業務有關的地質勘探、資源勘探、資源開採與過程管理以及測量驗收等業務過程及其對象，包括地質工程、資源勘查工程、生產勘探工程、採礦工程以及測量工程等，其體現在礦山的環境模型、地質模型、資源模型、工程模型；I即Information，應包含兩層意思，一是礦山開採環境、對象、過程及活動中所包含的所有信息，二是礦山開採過程中所採用的信息化手段與方法；M即Modeling，是包括勘探、規劃、設計、生產管理、復墾與綠化等礦山全生命週期的各參與方協同作業數字化模擬的過程，可理解為“塑模”的過程 ^{[1]  [3]}  。

礦山信息模型來源於建築信息模型，但不同於建築信息模型，兩者的核心理念是一致的，即模型信息的全生命週期的集成與管理，其不同在於模型的主體、模型對象、模型特徵以及信息特徵不一樣且業務流程差別很大 ^{[1]  [3]}  。

（1）主體

MIM的主體是“礦山”，其目的是用最低的成本將地下的礦產資源安全、經濟、高效、綠色的開採出來，其關注的核心是礦產資源，而圍繞礦產資源開採所建設的工程大多是臨時性工程，一旦礦產資源開採完畢則會消失；BIM的主體是“建築”，其主要由其本身的用途決定的，其核心是工程的應用，不同的用途決定了其規模、美觀性、質量標準以及使用壽命等的要求，是永久性工程，需要長期的使用與維護。

（2）模型對象

礦山模型是“灰色的”，即礦山模型內結構、構造、水文、資源等屬性是動態變化的，其隨着預查、普查、詳查、地質勘探、基建勘探、生產勘探、開拓等工作的進行而不斷變化而清晰的過程，正基於此，如地下礦的開拓、採準、切割、回採設計必須在前一個階段施工完成後才能進行下一段的設計，以確保各工程的設計在一個模型對象相對更準確的情況下進行；此外，礦山模型會受到市場以及技術等條件的影響，則會相應的變化，如市場價格高漲時，礦石開採量則會增加，邊界品位則會相應降低，造成資源模型與工程模型發生相對應的變化；又如礦山企業的數字化、信息化與智能化水平的提高，以及開採工藝的改進，降低了礦石的開採成本，相應的礦山企業可降低礦石的邊界品位，因而礦山信息模型中圈劃出的資源模型則更大，工程模型則隨之發生變化。而建築模型則是“確定的”，當方案設計、初步設計與施工圖的設計確定後，模型對象則基本確定。

（3）模型特徵

從全生命週期來看，礦山模型是“增強改變式”，即礦山模型是從最初的地質幾何模型，經地質勘探與資源勘探，不斷完善地質模型內的地質構造形態、構造關係及地質體內部屬性變化規律，並在地質模型內圈劃出符合邊界品位要求的資源模型，再在地質模型與資源模型內部進行開拓等工程模型的構建，將礦體從地質體中安全、高效地開採出來，在其整個全生命週期內礦山信息模型不斷被增強表達、豐富完善；而建築模型是“增加疊加式”，即建築模型則是策劃與規劃以及勘察設計的基礎上，從地基處理、施工、到整個建築物完工的整個過程，通過混凝土、鋼筋、磚、門、窗等不斷增加、疊加而成。

（4）信息特徵

礦山全生命週期的信息具有多源異構的特點，且感知反饋、計算機加工數據多；而建築全生命週期的信息也具有多源異構性的特點，但感知反饋、計算機加工數據少。由於礦山信息獲取困難，常需要利用少量數據，通過計算機加工以獲得更多數據，用於地質建模、儲量計算、採礦設計等業務工作，如地勘數據是稀疏而散亂的，通過計算機加工這些稀疏而散亂的數據構建整個岩層模型、礦體模型以及夾石模型等；而建築信息則更易獲取，原始獲取數據量大，計算機加工數據則少得多。

（5）業務流程

礦山開採的業務流程通常為：資源勘探、基建施工、開採規劃設計、開採過程管理、復墾與綠化，其中開採過程管理是持續時間最長且往返循環多次，也是最重要的環節；而建築行業的流程為：策劃與規劃、勘察與設計、施工與監理、運行與維護、改造與拆除五個階段，其中運行與維護是持續時間最長但其重要性一般。

礦山信息模型（MIM）的數字模型是礦山開採資源、環境與開採工程對象的數字化表達，是礦山資源開發相關方的共享知識資源，為礦山全壽命期內所有業務提供可靠的信息支持。MIM的數字模型的最開始是地質模型，包括岩層、構造、結構等；根據資源勘探，在地質模型中圈出符合邊界品位的部分即資源模型；為了將資源開採出來，在地質模型與資源模型的基礎上，通過規劃設計，在地質模型與資源模型中需進一步施工形成各種工程模型，包括開拓、採準、採切、回採等工程，即形成各種“開挖模型”（在地質模型中開挖形成的模型）；在採掘工程施工及生產組織過程中，需進行生產管理與測量驗收等業務工作。MIM的數字模型示意如圖1所示，內層是地質模型，外層是主體業務，資源模型存在於地質模型中，在地質模型中通過“開挖”形成工程模型。

數字化建模是在MIM理念的基礎上，依據不同數據採集手段獲取礦山全生命週期的地質數據、測量數據、工程數據、過程數據及管理數據，構建地質模型、資源模型與工程模型等共同組成的數字模型，包括承載於其上的各類信息，即信息化的數字模型，即“同一模型”，以服務於礦山全生命週期業務流程的不同參與方、不同專業、不同崗位。將MIM的數字模型定義為“同一模型”。

MIM的業務模型是指在礦山數字模型的支持下構建表徵礦山全生命期信息共享的業務流程組織和控制過程。通過該流程實現集中和可視化溝通、更早進行多方案比較、可持續分析、高效設計、多專業集成、作業過程控制、竣工資料記錄等。

依據礦山全生命週期工作流程及其成果圖，將礦山全生命週期工作流程抽象成具有普適性且能表徵整個礦山全生命週期業務流及相互關係的模型，如圖2所示。業務流程模型最開始部分是地質勘探，再到基建施工，中間為業務流程的核心部分即資源開採，最後到礦山的閉坑與復墾。其中資源開採部分為一閉環，包括生產勘探、規劃、設計、生產計劃、生產管理以及實測驗收等，直到整個礦山資源開採完成，該過程不斷循環多次，持續時間較長。

MIM的方法模型是礦山在全生命週期內建立和應用礦山數據進行資源勘探、開採設計、基建施工、開採過程管理等業務的方法及技術體系，允許所有相關方在不同階段、不同任務、不同專業之間通過不同技術平台的數據的互操作實現信息共享、互聯互通。

MIM的方法模型圖3所示，包括五層：第一層為數據層，存儲所有數據，包括數字模型、承載於數字模型的所有信息及管理過程數據；第二層為數據交換層，根據數據標準實現各個業務體系產生的數據進行交換，同時滿足中心數據庫對數據的存儲要求；第三層為協同平台層，協同平台是以互聯網為技術手段，以礦山全生命週期業務流為基礎，以工具軟件標準接口為支撐，形成協同作業、信息共享平台；第四層為工具集，主要是礦山全生命週期業務流程中需要的工具軟件，包括地質建模、資源管理、井巷工程、採礦設計、爆破設計、通風優化、生產計劃、生產執行系統、管控系統以及測量驗收等一系列軟件，這些軟件是通過協同平台上的標準接口與協同平台相連接，其數據來源於中心數據庫，且其成果再反饋給中心數據庫，從而保證數據互聯互通以及共享；第五層為業務層，即礦山全生命週期所包含的地、測、採以及生產管理等業務，通過工具集層中相對應的業務工具軟件，完成具體的業務工作。